CN105111758B

CN105111758B - 沥青混合料高模量剂及其制备方法以及沥青组合物

Info

Publication number: CN105111758B
Application number: CN201510612215.3A
Authority: CN
Inventors: 吴金平; 肖文丁; 余章成; 周成冈; 韩波; 余睿
Original assignee: HUBEI WOYU NEW MATERIAL TECHNOLOGY Co Ltd; China University of Geosciences
Current assignee: HUBEI WOYU NEW MATERIAL TECHNOLOGY Co Ltd; China University of Geosciences
Priority date: 2015-09-22
Filing date: 2015-09-22
Publication date: 2017-03-08
Anticipated expiration: 2035-09-22
Also published as: CN105111758A

Abstract

本发明提供了一种沥青混合料高模量剂及其制备方法，其包括改性石膏晶须，该改性石膏晶须包括石膏晶须和改性剂，其是由石膏晶须通过改性剂改性而得到，该改性剂为含有单杂环或稠杂环等芳杂环化合物基团的有机酸或有机酸盐，且石膏晶须与改性剂的质量比为100:0.2～2。本发明还提供一种添加有沥青混合料高模量剂的沥青组合物。本发明的沥青混合料高模量剂的来源广泛，价格低廉，其力学强度高，稳定性好。

Description

沥青混合料高模量剂及其制备方法以及沥青组合物

技术领域

本发明涉及化工领域，具体涉及一种沥青混合料高模量剂及其制备方法。

背景技术

随着我国公路运输行业的迅猛发展，我国公路的建设也飞速发展，同时石油和沥青的价格不断上涨，由此引起沥青路面工程投资大大增加。另外，公路运输中的车辆大型化、重载和超载现象越来越严重，公路的维护成本不断增加，因此对公路的稳定性和抗车辙性的要求越来越高。因此，提供一种能够显著提高沥青混合料性能的沥青混合料高模量剂是亟待解决的问题。

发明内容

鉴于上述不足，本发明的目的是提供一种沥青混合料高模量剂及其制备方法。

本发明的技术方案如下：

一种沥青混合料高模量剂，所述沥青混合料高模量剂包括改性石膏晶须，所述改性石膏晶须包括石膏晶须和改性剂，所述石膏晶须与所述改性剂的质量比为100：0.2～2，其中所述改性剂为含芳杂环化合物基团的有机酸或有机酸盐。

在其中一个实施例中，所述芳杂环化合物基团为单杂环化合物基团或稠杂环化合物基团。

在其中一个实施例中，所述芳杂环化合物基团为呋喃、咪唑、吡啶、吡嗪、喹啉或吖啶。

在其中一个实施例中，所述改性剂为糠酸、呋喃乙酸，烟酸，吡啶-4-乙酸、吡嗪-2-羧酸、2-喹啉羧酸、4-喹啉羧酸，喹啉-6-羧酸，异喹啉羧酸，2-(4-吡啶基)-4-喹啉羧酸，9-吖啶羧酸，苯并三唑-4-磺酸，和它们的碱金属盐中的一种或几种的组合物。

上述的沥青混合料高模量剂的制备方法，包括如下步骤：

将石膏晶须和改性剂加入有机溶剂中得到混合物，其中混合物中所述石膏晶须与所述改性剂的质量比为100：0.2～2，所述石膏晶须与所述有机溶剂的固液比为1:3～6；

对所述混合物进行搅拌处理；

对所述经过搅拌处理的混合物进行过滤处理得到过滤物；

对所述过滤物进行干燥处理即可得到改性石膏晶须，所述干燥处理的温度为70℃至80℃。

在其中一个实施例中，所述搅拌处理的时间为30分钟至50分钟。

本发明还提供一种沥青组合物，其包括沥青混合料和上述的沥青混合料高模量剂；其中所述沥青混合料高模量剂与所述沥青混合料的重量份数比为0.2～0.5：100。

本发明的有益效果是：

(1)本发明的沥青混合料高模量剂的来源广泛，价格低廉，其力学强度高，稳定性好；

(2)本发明的沥青混合料高模量剂制备工艺简单，使用工艺简单，具有性能和成本的双重优势，从而可以克服现有的抗车辙剂的价格较高的问题；

(3)本发明的沥青混合料高模量剂采用了石膏晶须，拓展了石膏晶须的应用领域，大大提高了石膏晶须的附加值；

(4)本发明的沥青混合料采用了沥青混合料高模量剂后，有效提高了沥青混合料的高温稳定性、水稳定性和抗疲劳性能，且不会降低混合料的低温性能，动稳定度的性能指标好，抗车辙效果显著。

具体实施方式

为了使本发明的沥青混合料高模量剂及其制备方法以及沥青组合物的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

沥青路面车辙病害十分普遍，对于路面的损坏十分严重，且会造成路面的修复费用大大提高。目前使用的抗车辙剂的共同点大多为有机聚合物，或含有大量有机聚合物，其优点是作为沥青混合料抗车辙剂抗车辙效果显著，缺点是使用成本相对都较高。因此探究廉价而效果良好的抗车辙剂仍很有必要。

本发明提供一种沥青混合料，该沥青混合料包括改性石膏晶须，该改性石膏晶须包括石膏晶须和改性剂，其是由石膏晶须通过改性剂改性而得到。本实施例中采用的改性剂为含有单杂环或稠杂环等芳杂环化合物基团的安全无毒的有机酸或有机酸盐，且石膏晶须与改性剂的质量比为100:0.2～2。

晶须是指具有固定的横截面形状、完整的外形、完善的内部结构、长径比高达5-1000的纤维状单晶体。本实施例中的石膏晶须是指利用各种石膏(硫酸钙)所制备的二水、半水或无水硫酸钙的纤维状单晶须，也就是硫酸钙晶须。石膏晶须可以是天然石膏、各种工业副产石膏及钙原料制备的硫酸钙晶须，也可以是由磷矿直接制备的硫酸钙晶须。上述的工业副产石膏是指工业生产中因化学反应生成的以硫酸钙为主要成分的副产品或废渣，主要包括脱硫石膏、磷石膏、柠檬酸石膏、氟石膏、盐石膏、味精石膏、铜石膏、钛石膏等。上述磷矿是在经济上能被利用的磷酸盐类矿物的总称，由磷矿直接制备的硫酸钙晶须是指磷矿酸解液中的钙与硫酸反应制备得到的硫酸钙晶须。

本实施例中所采用的石膏晶须呈纤维状，纯度大于99％，长径比大于等于10。

本实施例中的改性剂为含有单杂环或稠杂环等芳杂环化合物基团的有机酸或有机酸盐。其中有机酸根可以与石膏晶须表面的羟基发生交换，使石膏晶须表面的钙离子与有机酸改性剂生成有机酸钙，形成石膏晶须与有机酸改性分子的离子型化学键键合。而芳杂环化合物基团与沥青中的胶质及沥青质存在很强的分子间力，其不但改善了石膏晶须与沥青的相容性，而且还使石膏晶须与沥青之间具有很强的结合力。而芳杂环中的杂原子不仅能被集料强烈吸附，而且因杂原子在芳环而不易被氧化(相反的，氨基类改性剂容易被氧化)，因而具有很高的抗自由基氧化作用，从而能够有效提高和持续保证沥青混合料中沥青对集料的粘附性和抗剥离性。同时由于石膏晶须具有较大的长径比，石膏晶须在沥青中的加筋作用就更加突出。因此本发明的改性石膏晶须能够有效提高沥青混合料的高温稳定性、水稳定性和抗疲劳性能，且不会降低混合料的低温性能，动稳定度的性能指标好，抗车辙效果显著。

较佳的，所述芳杂环化合物基团为单杂环化合物基团或稠杂环化合物基团。

进一步的，所述芳杂环化合物基团为呋喃、咪唑、吡啶、吡嗪、喹啉或吖啶。

进一步的，所述改性剂为糠酸、呋喃乙酸，烟酸，吡啶-4-乙酸、吡嗪-2-羧酸、2-喹啉羧酸、4-喹啉羧酸，喹啉-6-羧酸，异喹啉羧酸，2-(4-吡啶基)-4-喹啉羧酸，9-吖啶羧酸，苯并三唑-4-磺酸，和它们的碱金属盐中的一种或几种的组合物。

上述的沥青混合料高模量剂的制备方法，包括如下步骤：

将石膏晶须和改性剂加入有机溶剂得到混合物，混合物中所述石膏晶须与所述改性剂的质量比为100：0.2～2，所述石膏晶须与所述有机溶剂的固液比为1：3～6(即20g石膏晶须加入60ml至120ml有机溶剂中)；

对所述混合物进行搅拌处理；搅拌时间为30分钟至50分钟；

对所述经过搅拌处理的混合物进行过滤处理得到过滤物；

上述有机溶剂为无水乙醇或丙酮。

相应的，本发明还提供一种公路用沥青组合物，其包括上述沥青混合料高模量剂和沥青混合料，其中沥青混合料高模量剂与沥青混合料的重量份数比为0.2～0.5：100，即沥青混合料高模量剂的用量占沥青混合料的重量百分比为0.2％～0.5％。其中沥青混合料为现有的沥青混合料，其一般包括沥青和集料。

以下通过具体实施例对上述技术方案予以说明。如非特别说明，所用的原料和设备均为市售。

实施例一

将石膏晶须和烟酸钠(C₆H₄NaNO₂)加入无水乙醇中得到混合物，其中混合物中所述石膏晶须与所述改性剂的质量比为100：0.5，所述石膏晶须与所述无水乙醇的固液比为1:5(即20g石膏晶须加入100ml有机溶剂中)；

对所述混合物进行搅拌处理；搅拌处理的时间为30分钟；

对所述经过搅拌处理的混合物进行过滤处理得到过滤物；

对所述过滤物进行干燥处理即可得到改性石膏晶须，所述干燥处理的温度为70℃。

沥青混合料的制备方法是将称好的改性石膏晶须和集料加入拌合容器内搅拌预热，然后再加入沥青搅拌得改性沥青混合料。测得该沥青混合料的车辙动稳定度、最大弯拉应变、残留稳定度、冻融劈裂性能试验结果为

表1

实施例二

本实施例中的改性石膏晶须包括石膏晶须和吡啶-4-乙酸钠(C₇H₆NaNO₂)，所述石膏晶须与所述2-喹啉羧酸钠的质量比为100：0.2,所述石膏晶须与所述有机溶剂的固液比为1:3，实施例二中的有机溶剂为丙酮。

制备方法与实施例一相同，其中搅拌处理的时间为40分钟。测得该沥青混合料的车辙动稳定度、最大弯拉应变、残留稳定度、冻融劈裂性能试验结果为

表2

实施例三

本实施例中的改性石膏晶须包括石膏晶须和2-喹啉羧酸钠(C₁₀H₆NaNO₂)，所述石膏晶须与所述2-喹啉羧酸钠的质量比为100：1,所述石膏晶须与所述有机溶剂的固液比为1:4，实施例三中的有机溶剂为丙酮。

制备方法与实施例一相同，搅拌处理的时间为50分钟。测得该沥青混合料的车辙动稳定度、最大弯拉应变、残留稳定度、冻融劈裂性能试验结果为

表3

实施例四

本实施例中的改性石膏晶须包括石膏晶须和异喹啉羧酸钠(C₁₀H₆NaNO₂)，所述石膏晶须与所述2-喹啉羧酸钠的质量比为100：0.7，所述石膏晶须与所述有机溶剂的固液比为1:6，实施例四中的有机溶剂为无水乙醇。

制备方法与实施例一相同。测得该沥青混合料的车辙动稳定度、最大弯拉应变、残留稳定度、冻融劈裂性能试验结果为

表4

实施例五

本实施例中的改性石膏晶须包括石膏晶须和4-喹啉羧酸钠(C₁₀H₆NaNO₂)，所述石膏晶须与所述4-喹啉羧酸钠的质量比为100：1，所述石膏晶须与所述有机溶剂的固液比为1:5，实施例五中的有机溶剂为丙酮。

表5

实施例六

本实施例中的改性石膏晶须包括石膏晶须和喹啉-6-羧酸钠(C₁₀H₆NaNO₂)，所述石膏晶须与所述喹啉-6-羧酸钠的质量比为100：1，所述石膏晶须与所述有机溶剂的固液比为1:5，实施例六中的有机溶剂为无水乙醇。

表6

实施例七

本实施例中的改性石膏晶须包括石膏晶须和2-(4-吡啶基)-4-喹啉羧酸钠(C₁₅H₉NaN₂O₂)，所述石膏晶须与所述2-(4-吡啶基)-4-喹啉羧酸钠的质量比为100：1.5，所述石膏晶须与所述有机溶剂的固液比为1:5，实施例七中的有机溶剂为无水乙醇。

表7

实施例八

本实施例中的改性石膏晶须包括石膏晶须和3-呋喃乙酸钠(C₆H₅NaO₃)，所述石膏晶须与所述3-呋喃乙酸钠的质量比为100：1.2，所述石膏晶须与所述有机溶剂的固液比为1:3，实施例八中的有机溶剂为丙酮。

表8

实施例九

本实施例中的改性石膏晶须包括石膏晶须和吡嗪-2-羧酸钠(C₅H₃N₂NaO₂)，所述石膏晶须与所述吡嗪-2-羧酸钠钠的质量比为100：1，所述石膏晶须与所述有机溶剂的固液比为1:3，实施例九中的有机溶剂为丙酮。

表9

实施例十

本实施例中的改性石膏晶须包括石膏晶须和苯并三唑-4-磺酸钠(C₆H₄N₃NaO₃S)，所述石膏晶须与所述苯并三唑-4-磺酸钠的质量比为100：2，所述石膏晶须与所述有机溶剂的固液比为1:6，实施例十中的有机溶剂为丙酮。

表10

实施例十一

本实施例中的改性石膏晶须包括石膏晶须和3-呋喃乙酸钠及吡啶-4-乙酸钠所述石膏晶须与所述3-呋喃乙酸钠及吡啶-4-乙酸钠的质量比为100：0.5：0.5，所述石膏晶须与所述有机溶剂的固液比为1:3，实施例十一中的有机溶剂为丙酮。

表11

表1至表11中分别列出了不加入石膏晶须的沥青混合料、加入未改性的石膏晶须的沥青混合料以及使用本实施例的改性石膏晶须的沥青混合料的性能测试结果。通过上述数据可以看出，加入改性石膏晶须后的沥青组合物的各项性能远远优于添加未改性石膏晶须的性能。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以权利要求为准。

Claims

1.一种沥青混合料高模量剂，其特征在于，所述沥青混合料高模量剂包括改性石膏晶须，所述改性石膏晶须包括石膏晶须和改性剂，所述石膏晶须与所述改性剂的质量比为100：0.2～2，其中，所述改性剂为糠酸、呋喃乙酸，烟酸，吡啶-4-乙酸、吡嗪-2-羧酸、2-喹啉羧酸、4-喹啉羧酸，喹啉-6-羧酸，异喹啉羧酸，2-(4-吡啶基)-4-喹啉羧酸，9-吖啶羧酸，苯并三唑-4-磺酸，和它们的碱金属盐中的一种或几种的组合物。

2.权利要求1所述的沥青混合料高模量剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

对所述混合物进行搅拌处理；

对所述经过搅拌处理的混合物进行过滤处理得到过滤物；

对所述过滤物进行干燥处理即可得到改性石膏晶须，所述干燥处理的温度为70℃至80℃；

其中，所述改性剂为糠酸、呋喃乙酸，烟酸，吡啶-4-乙酸、吡嗪-2-羧酸、2-喹啉羧酸、4-喹啉羧酸，喹啉-6-羧酸，异喹啉羧酸，2-(4-吡啶基)-4-喹啉羧酸，9-吖啶羧酸，苯并三唑-4-磺酸，和它们的碱金属盐中的一种或几种的组合物。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述搅拌处理的时间为30分钟至50分钟。

4.一种沥青组合物，其特征在于，包括沥青混合料和权利要求1所述的沥青混合料高模量剂；其中所述沥青混合料高模量剂与所述沥青混合料的重量份数比为0.2～0.5：100。